探访“地面空间站”！空间环境地面模拟装置投入试运行

发布者：落霞秋水 2023-5-3 19:11

中国空间站依托舱内外的实验设备，可以开展两百多项空间科学试验和实验。在我国的黑龙江，由哈尔滨工业大学牵头建设，一个可以综合模拟多类空间环境因素、具有国际领先水平的“地面空间站”——空间环境地面模拟装置已经投入试运行，预计今年年底将完成验收。里面究竟有什么？来看记者的探访。

月亮我们抬头就能望见，但是想要登上月球却不是那么容易的。记者来到地面空间站，替大家提前触摸一下月球表面的月尘。地面空间站月球表面环境模拟舱，简称也叫月尘舱。月尘舱是怎么工作的呢？

月尘舱：模拟月球表面环境为载人登月做准备

哈工大空间环境与物质科学研究院院长李立毅：月尘舱里面一个大的真空仓，左边位置外边连接了一个电子枪，它是为了产生电子束，使月尘带上负电，正面蜂窝状的就是36盏氘灯，它用于产生紫外线，使月尘带上比较低的电压的正电。上边是一个振动筛，它主要目的是为了模拟月球表面粉尘的扬尘现象。月表环境综合模拟舱，它的目的就是模拟多种环境，更接近真实的月球表面环境的状态，来研究月尘在这种环境下的形成机制，以及它对航天器和航天服、航天员的影响，为我们将来的载人登月做好充分的准备。

综合辐射环境模拟实验舱：研究卫星及其零部件空间环境效应规律另外一个综合辐射环境模拟实验舱，它的模拟的空间环境因素会更多。这个环境模拟舱内部的直径是5米，全高是12米，内部的实验空间是6.35米。

哈工大空间环境与物质科学研究院院长李立毅：这个环境实验舱，我们的工作人员正在准备做设备的联合调试的工作。在这个实验舱内，我们就可以模拟空间6大类环境因素，这也是世界上综合的这些性能指标和实际的空间环境最接近的一套模拟实验装置，利用模拟的实验装置可以对卫星的零部件，还有各类航天器的材料器件，进行空间环境效应规律的研究和探索它的物理本质。

李晶晶：刚才只是展示了大科学装置的其中两个“宝贝”，更多的“宝贝”它们一起作用，来模拟9大类的空间综合环境，让空间实验不再“难于上天”。

“大块头”有大智慧为航天强国提供坚强支撑

刚刚记者介绍的这两个“宝贝”，只是“地面空间站”大科学装置的一部分，在这个有50个足球场大小的园区内，还有不少身怀绝技、有着大智慧的庞然大物。

在空间等离子体科学实验楼，两个相当于3层楼高、直径为5米的大型真空模拟舱傲然挺立。它们将距离地表20公里以外的环境，“搬”进了舱内，在国际上首次实现三维地球磁层空间等离子体环境模拟。专家介绍，宇宙中到处分布着等离子体，太阳、星云、极光等都是等离子体。通常情况下，等离子体是比较温和的，但当发生太阳风暴时，它会“变身”高能、高速粒子，被抛向外天空，就像一个失控的子弹，对运行中的航天器，产生巨大的威胁。通过近十年研发，哈工大空间等离子体研究团队凭借关键技术，在地面上模拟出太阳风暴产生的过程。

哈工大空间环境地面模拟装置空间等离子体物理研究室主任金成刚：它的难点就是主要在于在瞬间产生、释放一个大的能量（产生等离子体）。这样的话我们可以对整个空间等离子体的分布、它的演化进行一个更精确的、多点的测量，最终目的建立空间等离子的预报模型，为航天器的在轨运行提供保障。

在空间磁环境科学实验楼，这个由七层电磁屏蔽材料构成的像“套娃”一样的结构，叫做空间磁环境模拟与研究系统。外太空磁场极其微弱，地球磁场是外太空磁场的近50万倍。而在“套娃”结构内部，哈工大空间环境与物质科学研究院团队通过技术实现了接近零磁的空间环境，在世界上达到国际领先水平。

哈工大空间环境地面模拟装置副研究员孙芝茵：你看这是最关键的内层磁屏蔽，这是它的退磁电缆，当门关闭以后，我们通过控制退磁电缆里面的电流，可以降低内部空间的磁场。这是我们经过五年研发后所获得的最关键的核心技术。

零磁空间环境，为航天器发射前需要做的磁特性测试提供了地面实验条件。这一系统还能以极高的灵敏度，捕捉很多在地磁环境下无法测量的微弱磁场信号。此外，它在生物电磁信息研究领域也有很多应用研究，能更精准地捕捉到脑磁和心磁的信号，进行脑科学等的研究与分析。

作为我国航天领域首个国家重大科技基础设施，哈工大空间环境地面模拟装置可以综合模拟九大类空间环境因素，创造真空、高低温、零磁、微重力等地球上没有的空间或星球表面环境。未来，保障航天员在舱外工作时的生命安全、提升航天器的使用寿命等许多需要抵达太空才能进行的实验，在这里就可以完成。目前，已有国内外110余家高校和科研院所与哈工大空间环境地面模拟装置签署了用户协议，未来将有可能进入“地面空间站”开展科学实验。